DE3511179A1 - Messverfahren mit koordinaten-messinstrument und koordinaten-messinstrument - Google Patents
Messverfahren mit koordinaten-messinstrument und koordinaten-messinstrumentInfo
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Description
Meßverfahren mit Koordinaten-Meßinstrument und Koordi-
naten-Meßinstrument
Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren unter Verwendung eines Koordinaten-Meßinstruments und ein Koordinaten-Meßinstrument.
Auch befaßt sich die Erfindung mit einem Meßverfahren, das Anwendung findet, wenn Abmessungen,
die Kontur und dergleichen eines zu vermessenden Werkstücks durch ein Koordinaten-Meßinstrument
schnell und mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
Um Abmessungen, die Kontur eines Werkstücks und dergleichen zu messen, das eine komplizierte Gestalt hat,
werden im allgemeinen häufig Koordinaten-Meßinstrumente verwendet.
Unter den Koordinaten-Meßinstrumenten gibt es beispielsweise die dreidimensionalen Meßinstrumente, die sich
in die folgenden beiden Arten gliedern lassen. Insbesondere gibt es eine manuelle Art eines solchen Meßinstruments,
bei dem eine Bedienungsperson einen Fühler oder einen nahe dem Fühler liegenden Abschnitt ergreift,
den Fühler in Anlageberührung mit einer Meßfläche des Werkstücks nach Maßgabe vorbestimmter Meßschritte sukzessiv
bringt und die Abmessungen, die Kontur des Werkstücks und dergleichen werden dann aus dem Verschiebungswert
des Fühlers zum Kontaktzeitpunkt ermittelt. Eine andere Art eines solchen Meßinstruments ist beispielsweise
ein CNC (Computer-numerische Steuerung) dreidimensionales Meßinstrument, bei dem ein Hauptkörper
des Meßinstruments mit Antriebseinrichtungen, wie einer
Spindel und einem iMotor, versehen ist, um den Fühler jeweils in die Richtungen der X-, Y- und Z-Achsen zu bewegen.
Der Fühler wird sukzessiv in Anlageberührung mit der Meßfläche des Werkstücks gebracht, während die Antriebseinrichtunaen
automatisch nach Maßgabe von vorprogrammierten Schritten gesteuert werden.
Die zuerst genannte Bauart hat einen einfachen Aufbau und es sind einige Einflußgrößen, die die Meßgenauigkeit,
infolge der Auslegung beeinflussen, so daß ein gemessener Wert mit hoher Genauigkeit und in vorteilhafter
Weise erhalten werden kann. Andererseits ist diese Art jedoch mit den folgenden Nachteilen behaftet.
(1) Da die Bedienungsperson alle zu messenden Teile und alle Schritte bei jedem Werkstück im Gedächtnis
behalten muß, können leicht Fehlmessungen auftreten. Darüberhinaus ändert sich diese Situation
mit jedem Werkstück.
(2) Gleichzeitig mit dem vorstehend genannten Vorgang sind Arbeitsschritte in Verbindung mit einer Daten-Verarbeitungseinrichtung
erforderlich, so daß die Bedienungsperson spezielle und technische Kenntnisse hiervon haben muß. Daher kann nicht jedermann
die Arbeitsschritte ausführen. Im Hinblick auf die Meßart ist der Spezialist für das Meßinstrument
zu Rate zu ziehen und er kann keine anderen Arbeiten ausführen. Ferner ist es schwierig, viele solcher
Spezialisten zu haben.
(3) Bei einem groß bemessenen Meßinstrument/ das für einen großen Meßbereich geeignet ist, sollte die
die Messung ausführende Person sich um das Meßinstrument
bewegen oder das Meßinstrument von einem Meßstativ aus bedienen können, wenn alle Meßpunkte
des Werkstücks gemessen werden sollen, wobei die Meßeffizienz herabgesetzt wird und die Sicherheit
beeinträchtigt ist.
(4) Wenn die Bedienuiigszeitdauer verlängert ist, wird
-0 die Temperatur des Körpers von der Hand zum Fühler und dergleichen beeinflußt, was dazu führt, daß die
Meßgenauigkeit infolge der Wärmeausdehnung des Fühlers und dergleichen vermindert ist.
im Gegensatz hierzu ist die letztgenannte, vorstehend geschilderte
Bauart für wiederholte Messungen des Werkstücks geeignet, wobei es sich um übereinstimmende Werkstücke
handelt. Um den Fühler in die Richtungen der X-, Y- und Z-Achsen automatisch zu bewegen, sind jedoch Antriebseinrichtungen,
wie eine Spindel/ ein Motor und dergleichen erforderlich, die am Hauptkörper des Meßinstruments
angebracht sind. Insbesondere ist ein Schlitten zum Tragen einer Fühlerwelle erforderlich sowie ein
Träger zum Stützen des Schlittens. Die Stützkonstruktion für die vorstehend genannten Teile kann aber nicht groß
bemessen werden. Deformationen und Durchbiegungen werden durch die Auslegung des Untergrunds verursacht, wenn
das Gewicht der vorstehend angegebenen Teile größer wird, so daß die Meßgenauigkeit in nachteiliger Weise gesenkt
wird.
Die vorstehend angegebenen Nachteile für beide Typen von Meßinstrumenten treffen sowohl auf zweidimensionale
Meßinstrumente als auch auf dreidimensionale Meßinstrumen te zu.
BAD
Die Erfindung zielt darauf ab, die vorstehend genannten Nachteile der üblichen Auslegungsformen zu vermeiden
und es sollen ein Meßverfahren unter Verwendung eines Koordinaten-Meßinstruments und ein Koordinanten-Meßinstruir.ent
angegeben werden, die das Messen der Abmessungen, der Kontor eines Werkstücks oder dergleichen
schnell und mit hoher Genauigkeit nach Maßgabe von vorbestimmten Schritten ermöglichen, wobei alle Schwierigkeiten
und Nachteile der manuellen Bauart und der automatischen Bauart der Meßinstrumente überwunden sind.
Nach der Erfindung wird hierzu vorgesehen, daß die Bewegung eines Detektorelements, wie eines Berührungssignal-Meßfühlers,
der zweidimensional oder dreidimensional bewegbar ist, durch eine Bewegungseinrichtung mit
Hilfe einer ferngesteuerten Manipulatoreinrichtung (Robotereinrichtung) erfolgt, die unabhängig von einem
Hauptkörper des Meßinstruments ist. Somit sind die Antriebseinrichtungen für die automatische Durchführung
der Bewegung unabhängig vorgesehen, um die Nachteile und Schwierigkeiten der manuellen und automatischen
Bauart der Meßinstrumente zu überwinden. Währenddem das Detektorelement durch die Robotereinrichtung nach Maßgäbe
eines vorbestimmten Meßschrittprogramms einer Datenverarbeitungseinheit bewegt wird/ werden die Bewegungswegdaten
der Robotereinrichtung zu diesem Zeitpunkt gespeichert und die Robotereinrichtung wird betätigt,
während die so gespeicherten Bewegungswegdaten sukzessive nach Maßgabe des Meßschrittprogramms der Datenverarbeitungseinheit gelesen werden.
Insbesondere ist das Meßverfahren nach der Erfindung ein Meßverfahren unter Verwendung eines Koordinaten-Meßinstruments, das eine bewegbare Einrichtung zum Be-
BÄD OÄKäü
wegen eines Detektorelennents enthält, das in Berührung
mit einem Werkstück bringbar ist/ und das auf einer Stütze aufliegt. Das Detektorelement ist zwei- oder
δ dreidimensional in entsprechende Richtungen bewegbar.
Ein Verschiebungsdetektor zum Ermitteln eines Verschiebungswertes des Detektoreleir.ents und eine Datenverarbeitungseinheit
zum Verarbeiten eines Ausgangssignals vom Verschiebungsdetektor in einer vorbestimmten Weise
sind vorgesehen, um die Abmessungen des Werkstücks und dergleichen zu ermitteln. Diese Meßmethode weist auf:
ein Speicherverfahren für die Bewegungsschritte des Detektorelements, bei dem das Detektorelement durch
die Robotereinrichtung unabhängig vom Hauptkörper des Meßinstruments durch den Bewegungsmechanismus nach
Maßgabe eines Meßschrittprogramms bewegt wird, das mehrere, in der Datenverarbeitungseinheit vorgegebene
Schritte enthält, während ein Bewegungsweg der Robotereinrichtung durch eine Roboterbetriebsbefehlseinheit
gespeichert wird,
ein Suchverfahren für die gemessenen Daten, bei dem
die Robotereinrichtung betätigt wird, um das Detektorelement in Berührung mit dem Werkstück nach Maßgabeder
in der Roboterbedienungsbefehlseinheit gespeicherten
Bewegungswegdaten in Abhängigkeit von einem Schritteinleitungsbefehl des Meßschrittprogramms zu bringen
und bei dem gleichzeitig ein Ausgangssignal von dem Verschiebungsdetektor in der Datenverarbeitungseinrichtung
gesucht wird, und
ein Verarbeitungsverfahren für die gemessenen Werte,
bei dem Abmessungen eines Werkstücks oder dergleichen auf der Basis der gemessenen Daten bestimmt wird, die
BAD ORIGINAL
durch das Suchverfahren für die gemessenen Daten gesucht
worden sind und bei dem nach Abschluß der Ermittlung ein Folgeschritteinleitungsbefehl der Roboterbetriebsbefehlseinheit
geliefert wird. Dieses Meßverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß das Suchverfahren
für die gemessenen Daten und das Ermittlungsverfahren
für die gemessenen Daten wiederholt und automatisch bei allen Schritten des Meßschrittprogramres gemessen
werden.
Beim Koordinaten-Meßinstrument nach der Erfindung, das den Bewegungsmechanismus zum Bewegen des Detektorelements,
das in Kontakt mit dem Werkstück zu bringen ist, enthält, das auf der Stütze aufliegt, und das in zwei
oder drei Richtungen bewegbar ist, das ferner einen Verschiebungsdetektor zum Ermitteln eines Verschiebungswertes des Detektorelements und die Datenverarbeitungseinheit zum Verarbeiten eines Ausgangssignals von dem
Verschiebungsdetektor in vorbestimmter Weise enthält, um Abmessungen des Werkstücks oder dergleichen zu erhalten,
ist eine ferngesteuerte Manipulatoreinrichtung bzw. eine Robotereinrichtung vorgesehen, die mit dem
Bewegungsmechanismus über einen Verbindungsarm verbunden und unabhängig von dem Hauptkörper des Meßinstruments
zum Bewegen des Detektorelements in zwei oder drei Richtungen mit Hilfe des Bewegungsmechanismus ist.
Eine Roboterbetätigungsbefehlseinheit hat die Aufgabe, einen Bewegungsweg der Robotereinrichtung zu speichern,
wenn das Detektorelement nach Maßgabe des Meßschrittprogramms bewegt wird, das eine Vielzahl von in der
Datenverarbeitungseinheit vorgegebenen Schritten enthält und die ferner die Aufgabe hat, die Robotereinrichtung
nach Maßgabe der gespeicherten Bewegungswegdaten automatisch zu betreiben. Die Roboterbetätigungs-
BAD O3i3iNÄL
befehlseinheit ist derart beschaffen und ausgelegt, daß
die Einheit automatisch die Robotereinrichtung durch die entsprechende Größe der Bewegungswegdaten entsprechend
dem Schritt in Abhängigkeit vcn einem darauffolgenden
Schritteinleitungsbefehlssignal bedienen kann, das bei
der Ermittlung der Abmessungen und dergleichen durch
die Datenverarbeitungseinheit erzeugt wird.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigen:
Figuren 1 bis 5 eine Ausführungsform nach der Erfindung,
wobei:
Figur 1 eine perspektivische Gesamtansicht,
Figur 2 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung der
wesentlichen Teile der Robotereinrichtung/
Figur 3 eine vergrößerte Schnittansicht zur Verdeutlichung des Verbindungsteils zwischen
einem Schwenkarm und einem Verbindungsarm,
Figur 4 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der Schaltungsauslegung, und
Figur 5 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Verarbeitungsschritte der Datenverarbeitungseinheit und der Roboterbetätigungsbefehlseinheit ist, und
einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung.
BAD
Figur 1 zeigt das Süßere eines Meßsystems gemäß einer
Ausführungsform nach der Erfindung unter Verwendung eines dreidimensionalen Meßinstruments. Nach dieser Figur
sind auf der oberen Fläche einer Aufstellungsbasis
1 ein Hauptkörper eines dreidimensionalen Meßinstruments
2 und eine Robotereinrichtung bzw. eine ferngesteuerte
Manipulatoreinrichtung 4 vorgesehen, die unabhängig von dem dreidimensionalen Meßinstrument 2 vorgesehen
ist. Die Robotereinrichtung 4 ist in Abhängigkeit von einem Betätigungsbefehl einer Roboterbetätigungsbefehlseinheit
3 betreibbar. Zusätzlich werden die gemessenen Daten, die mittels des Kauptkörpers des dreidimensionalen
Meßinstruments 2 gemessen werden, zu einer Daten-Verarbeitungseinheit 5 abgegeben, in der die gemessenen
Daten auf eine vorbestimmte Weise verarbeitet werden. Anschließend werden sie als ein Wert ausgegeben, der
die Abmessungen oder die Form eines zu messenden Werkstücks angibt.
Der Hauptkörper des dreidimensionalen Meßinstrumens weist an gegenüberliegenden Seiten einer Stütze 12,
auf der das Werkstück 11 aufliegt, über Führungsschienen
13 jeweils Stützen 14 auf, die in Längsrichtung
der Stütze 12 (in Richtung der Y-Achse) längs eines horizontalen Trägers 15 bewegbar sind, über die beiden
Stützen 14 erstreckt sich ein Schlitten 16, der in Querrichtung der Stütze 12 (in Richtung der X-Achse)
bewegbar ist. Am bodenseitigen Ende des Schlittens ist eine Fühlerwelle 18, die einen Signalmeßfühler
als ein Detektorelement hat, in vertikaler Richtung
der Stütze 12 (in Richtung der Z-Achse) bewegbar. Hierbei kann eine Bewegungseinrichtung 19, die aus den
Stützen 147 dem Schlitten 16, der Fühlerwelle 18 und
dergleichen besteht, den Berührungssignal-Meßfühler
BAD OSIGIMAL
■ /S-
in drei Richtungen mit einer relativ geringen Kraft unter
Verwendung eines Luftlagers oder dergleichen beispielsweise bewegen. Wenn bei dieser Anordnung während
der Eswegung des Berührungssignal-Meßfühlers 17 dieser
in Berührung mit dem Werkstück 11 kommt, werden die Positionen
der Stützen 17 in Richtung der Y-Achse, eine Position des Schlittens 16 in Richtung der X-Achse und
eine Position der Fühlerwelle 18 in Richtung der X-Achse an die Datenverarbeitungseinheit 5 abgegeben, in der
die gemessenen Daten in vorbestimmter Weise verarbeitet werden. Anschließend werden die gemessenen Werte digital
angezeigt.
Nach Figur 2 enthält die Robotereinrichtung 4 folgendes: eine Z-Welle 21, die sich in vertikaler Richtung von
einer Basis 20 nach oben erstreckt, die auf der oberen Fläche der Aufstellungsbasis 1 befestigt ist; einen
vertikal beweglichen Block 23, der auf der Z-Achse derart
vorgesehen ist, daß er durch Treiben des Z-Achsenantriebsmotors 22 in Richtung der Z-Achse bewegbar ist;
zwei linear bewegliche stangenförmige Elemente 25, die als linear bewegliche Einrichtungen auf dem vertikal
beweglichen Block 23 vorgesehen sind, die parallel zueinander angeordnet sind und die durch den Antrieb des
Y-Achsen-Antriebsmotors 24 in Richtung der Y-Achse bewegbar sind; eine Drehwelle 27, die an den Enden der
beiden linear beweglichen stangenförmigen Elemente 25 auf einer Seite parallel zur Z-Achse vorgesehen ist
und durch den Antrieb eines schwenkbaren Antriebsmotors 26 drehbar ist; einen Schwenkarm 28, der an seinem proximalen
Ende an der Drehwelle 27 befestigt ist; und einen Verbindungsarm 29, der das vordere Ende des Schwenkarms
28 und die Fühlerwelle 18 verbindet, die in der Nähe des Berührungssignal-Meßfühlers 17 angeordnet ist.
ι . J\(p.
Der Verbindungsarm 29 ist an einein Ende fest an einem
Ende auf der Seite der Fühlerwelle 18 mit der Fühlerwelle
18 über eine Einstellschraube 30 verbunden und air. anderen Ende auf der Seite des Schwenkarns 28 drehbeweglich
mit dem Schwenkarm 28 derart verbunden, daß er durch eine Verbindungswelle 31 und ein Lager 32 (s.
Figur 3) drehbar ist. Bei dieser Auslegung kann der Berührungssignal-Meßfühler
17 in drei Richtungen durch die Betätigung der Robotereinrichtung 4 über die Bewegungseinrichtung
19 bewegt werden.
Figur 4 zeigt eine Schaltungsauslegung dieses Meßsystems. Unter Bezugnahme auf diese Figur ist mit 41 ein X-Achsen-Verschiebungsdetektor
zum Ermitteln eines Verschiebungswertes des Schlittens 16 in Richtung der X-Achse,
d.h. eines Verschiebungswertes des Berührungssignal-Meßfühlers 17 in Richtung der X-Achse bezeichnet. Mit
42 ist ein Y-Achsen-Verschiebungsdetektor zum Ermitteln eines Verschiebungswertes einer der Stützen 14 in Richtung
der Y-Achse, d.h. eines Verschiebungswertes des Berührungssignal-Meßfühlers 17 in Richtung der Y-Achse
vorgesehen. Ferner ist mit 43 ein Z-Achsen-Verschiebungsdetektor zum Ermitteln eines Verschiebungswertes der
Fühlerwelle 18 in Richtung der Z-Achse, d.h. eines Verschiebungswertes
des Berührungssignal-Meßfühlers 17 in Richtung der Z-Achse, bezeichnet. Die gemessenen Daten
des Berührungssignal-Meßfühlers 17 in den Richtungen
der X, Y- und Z-Achsen, wie diese durch die Verschiebungsdetektoren 41, 42 und 43 ermittelt wurden, erhält man
auf eine solche Weise, daß ein Meßelement 17A des Berührungssignal-Meßfühlers 17 in Berührung mit dem Werkstück 11 kommt, und wenn ein Berührungssignal von dem
Berührungssignal-Meßfühler 17 der Datenverarbeitungsein heit 5 geliefert wird/ werden die Daten in die Datenver-
BAD ORIGINAL
arbeitungseinheit 5 eingelesen.
Die Dater.verarbeitungseinheit 5 hat einen Meßschritt-Programmspeicher
44 zum Speichern eines MeßschrittprograrT"
= , das nehrere Schritte vi^faßt, und in dem die
Meßschritte vorgegeben sind. Z-;sützlich sind Speicher
zum Speichern der von den Verschiehangscatektoren 41,
42 und 43 gelieferten Ms.3dat.en und ein Speicher zum
Speichern des Errvitt lungsverf ahrensprogranuns vorgesehen,
an1, die Ermittlungen nach Maßgabe einer Meßarbeitsweise
auf der Basis der gemessenen Daten zu ermitteln, die in den vorstehend genannten Speichern gespeichert
sind. Die Datenverarbeitungseinheit 5 führt die Arbeitsschritte gemäß dem Flußdiagramm, die links von der gebrochenen
Linie in Figur 5 gezeigt sind, nach Maßgabe des Meßschrittprogramms aus, das im Meßschrittprogrammspeicher
44 gespeichert ist.
Insbesondere gibt die Datenverarbeitungseinheit 5 einen Schritteinleitungsbefehl SEC der Roboterbetätigungsbefehlseinheit
1 in Abhängigkeit von dem Meßschrittprogramm, das im Meßschrittprogrammspeicher 44 gespeichert
ist, wobei die Robotereinrichtung 4 eine vorbestimmte Betriebsweise in Abhängigkeit von dem Befehl
von der Roboterbetätigungsbefehlseinheit 3 ausführt. Wenn während dieses Arbeitsvorganges eine vorbestimmte
Anzahl von Meßdaten von den Verschiebungsdetektoren 41, 42 und 43 eingegeben werden, dann führt die Datenverarbeitungseinheit
5 Ermittlungen auf der Basis dieser Meßdaten aus und anschließend wird ein Einleitungsbefehl
für den darauffolgenden Schritt an die Roboterbetätigungsbef ehlseinheit 3 abgegeben. Diese Vorgehensweisen
werden bei allen Schritten des Meßschrittprogramms wiederholt, das in dem Meßschrittprogrammspeicher 44 gespeichert
ist.
BAD
Die Roboterbetatigungsbefehlseinheit 3 enthält folgende
Teile: eine Motorantriebseinrichtung 51 zum Antreiben des Z-Achsenantriebsmotors 22, einen Y-Achsenantriebsmotor
24 und einen schwenkbaren Antriebsmotor 26; eine Bewegungswegspeichereinrichtung 52 zum Speichern eines
Bevegungsweges der Robotereinrichtung 4, d.h. eines 3ewegungsweges
des Berührungssignal-Meßfühlers 17; eine Betriebsbefehlseinrichtung 53 zum Antreiben des Z-Achsen-Antriebsmotors
22, des Y-Achsen-Antriebsraotors 24 und des schwenkbaren Antriebsmotors 26 auf der Basis der
Bewegungswegdaten, die in der Bewegungswegspeichereinrichtung 52 gespeichert sind, wenn der Schritteinleitungsbefehl
SEC von der Datenverarbeitungseinheit 5 geliefert wird; einen Steuerknüppel 50 zum manuellen
Antreiben des Z-Achsenantriebsmotors 22, des Y-Achsenantriebsmotors 24 und des schwenkbaren Antriebsmotors
26 über die Motorantriebseinrichtung 51. In die Bewegungswegspeichereinrichtung 52 und die Betriebsbefehlseinrichtung
53 wird folgendes eingegeben: Positionsdaten von einem Z-Achsen-Positionsdetektor 54 zum Ermitteln
einer Position in Richtung der Z-Achse des vertikal beweglichen Blocks 23, der in vertikaler Richtung
durch den Z-Achsen-Antriebsmotor 22 bewegbar ist; Positionsdaten von einem Y-Achsen-Positionsdetektor 55
zum Ermitteln der Positionen in Richtung der Y-Achse der linear beweglichen stangenförmigen Elemente 25,
die durch den Y-Achsen-Antriebsmotor 24 bewegbar sind; und Winkeldaten von einem Θ-Winkeldetektor 56 zum Ermitteln
eines Schwenk- bzw. Drehwinkels des Schwenkarms 28, der durch den schwenkbaren Antriebsmotor 26 zur
Ausführung einer Schwenkbewegung angetrieben ist.
Nachstehend wird das Meßverfahren gemäß dieser Ausführungsform erläutert. Bei der Durchführung der Messung
BAO
ι · Λ ·
unter Verwendung dieses Systems wird zuerst die Robotereinrichtung
4 unter Steuerung des Steuerknüppels der Poboterbetätigungsbefeh]seinheit 3 bedient und der
Berührungssignal-Meßfühler 17 des Kauptkörpers des dreidimensionalen
Meßinstruments 2 wird nach Maßgabe des Meßschrittprogrartrts bewegt/ das im Meßschrittprogrammspeicher
44 der Datenverarbeitungseinheit 5 vorgegeben ist. Dann werden in der Bewegur.gswsgspeichereinrichtung
5 2 der Roboterbetätigungsbefehlseinheit 3 sukzessiv
die Positionsdaten der Robotereinrichtung 4 gespeichert, die rr.an zu den jeweiligen Bewegungszeiten des Berührungssignal-Meßfühlers
17 erhält, d.h. die Positionsdaten in Richtung der Z-Achse, detektiert durch den Z-Achsen-Positionsdetektor
54, die Positionsdaten in Richtung der Y-Achse, detektiert durch den Y-Achsen-Positionsdetektor
55 und die Winkeldaten, detektiert durch den Θ-Winkeldetektor 56. Kurz gesagt, wird der Bewegungsweg der Robotereinrichtung 4 bei der Bewegung des Be-
rührungssignal-Meßfühlers 17 nach Maßgabe des Meßschrittprogramms
in der Bewegungswegspeichereinrichtung 52 gespeichert. Wenn diese Vorgehensweise bei allen
Schritten des Meßschrittprogramms durchgeführt wird, das im Meßschrittprogrammspeicher 44 gespeichert wird,
dann ist in der Bewegungswegspeichereinrichtung 52 sukzessiv der Bewegungsweg der Robotereinrichtung 24
entsprechend den jeweiligen Schritten des Meßschrittprogramms gespeichert.
Wie vorstehend angegeben ist, ist der Bewegungsweg der Robotereinrichtung 4 entsprechend dem Meßschrittprogramm
in der Bewegungsweg-Speichereinrichtung 52 der Roboterbetätigungsbefehlseinheit 3 gespeichert und anschließend
erfolgt die Messung.
BAD
ι . «20.
Die Messung erfolgt entsprechend dem Programmablauf im
Flußdiagramm nach Figur 5. Wenn insbesondere die Datenverarbeitungseinheit
5 auf eine Meßbetriebsweise eingestellt ist, erfolgt die Verarbeitungsvorbereitung
sowohl für die Datenverarbeitungseinheit 5 als auch für die Roboterbe-ätigangsbefehIseinheit 3. Dann wird der
Datenverarbeitungseinheit 5 ein erster Schritt des Me 3-schrittprogra.TjT.s,
das im Meßschrittprogra.rr.speicher gespeichert ist, angewiesen, d.h. es wird eine erste
Messung ausgeführt, und ein Schritteinleitungsbefehl SEC entsprechend dieser Meßaufgabe wird der Betriebsbefehlseinrichtung
53 der Roboterbetätigungsbefehlseinheit 3 ermittelt.
Wenn der Schritteinleitungsbefehl SEC. von der Datenverarbeitungseinheit
5 abgegeben wird, liest die Funktionsbefehlseinrichtung 53 der Roboterbetätigungsbefehlseinheit
3 die Bewegungswegdaten entsprechend dem Schritteinleitungsbefehl SEC. aus der Bewegungsweg-
speichereinrichtung 52 aus und der Z-Achsen-Antriebsmotor 22, der Y-Achsen-Antriebsmotor 24 und der schwenkbare Antriebsmotor 26 werden über die Motorantriebseinrichtung 51 nach Maßgabe dieser Bewegungswegdaten
angetrieben. Dann wird der Berührungssignal-Meßfühler über die Robotereinrichtung 4 bewegt. Wenn bei der
Bewegung des Berührungssignal-Meßfühlers 17 der Berührungssignal-Meßfühler 17 in Berührung mit dem Werkstück
11 kommt, wird ein Berührungssignal von dem Berührungs signal-Meßfühler 17 an die Datenverarbeitungseinheit
5 abgegeben. Zu diesem Zeitpunkt befinden sich in der Datenverarbeitungseinheit 5 Positionsdaten in Richtung
der X-Achse, detektiert durch den X-Achsen-Verschiebungsdetektor 41, Positionsdaten in Richtung der Y-Achse,
detektiert durch den Y-Achsen-Verschiebungsdetektor 42,
und Pcsitionsdaten in Richtung der Z-Achse, detektiert
durch den S-Achsen-Verschiebungsdetektor 43.
Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Meßdaten angegeben
durch die X-, Y- und Z-Achsen-Verschiebungsdetektoren 41, 42 und 43 eingegeben wird, ermittelt die Datenverarbeitungseinheit
5 eine Abmessung des Werkstücks 11 oder dergleichen auf der Basis dieser Me3daten und das
Errdttlungsergebnis wird durch einen Drucker oder dergleichen
beispielsweise ausgegeben. Nach Beendigung der Ermittlung wird ein zweiter Schritt aus dem Meßschrittprogramm
ausgelesen, der in dem Meßschrittprogransr, speicher 44 gespeichert ist, d.h. es wird eine
zweite Messung eingeleitet und es wird ein Schritteinleitungsbefehl
SEC„ basierend auf dem zweiten Meßschritt der Funktionsbefehlseinrichtung 53 der Roboterbetätigungsbefehlseinheit
3 übermittelt.
Wenn der Schritteinleitungsbefehl SEC2 von der Datenverarbeitungseinheit
5 ausgegeben wird, liest die Funktionsbefehlseinrichtung 53 der Roboterbetätigungsbefehlseinheit
3 die Bewegungswegdaten entsprechend dem Schritteinleitungsbefehl SEC» aus der Bewegungswegspeichereinrichtung
52 aus und der Z-Achsen-Antriebsmotor 22, der Y-Achsen-Antriebsmotor 24 und der schwenkbare
Antriebsmotor 26 werden über die Motorantriebseinrichtung 51 nach Maßgabe dieser Bewegungswegdaten angetrieben.
Wie vorstehend angegeben ist, erfolgt die Messung automatisch bei allen Schritten des Meßschrittprogramms.
Folglich wird bei dieser Ausführungsform der Berührungssignal-Meßfühler 17 durch die Robotereinrichtung 4 be-
BAD
- ψ-
wegt/ die unabhängig von dem Hai.otkörper des dreidimensionalen
Meßinstruments 2 vorgesehen ist, so daß sowohl die Nachteile der rranuell arbeitenden Meßinstrumente
als auch der automatisch arbeitende Meßinstrumente gleichzeitig überwunden werden können. Selbst
wenn es sich um ein groß besessenes Meßinstrurr-ent handelt,
kann die die Messung ausführende Bedienungsperson das Meßinstr\cent in einer vorbestimmten Stelle
durch Fernsteuerung betätigen, so daß die Meßgenauigkeit verbessert werden kann und die Sicherheit beim
Messen gewährleistet ist. Ferner braucht die die Messung durchführende Person nicht direkt den Fühler oder
dergleichen zu ergreifen, so daß sich die Einflüsse von Temperaturänderungen minimalisieren lassen. Ferner
braucht keine Spindel, ein Motor oder dergleichen zum Bewegen des Berührungssignal-Meßfühlers 17 auf dem
Hauptkörper des dreidimensionalen Meßinstruments 2 vorgesehen zu sein, so daß sich die Auslegung des Meßinstruments
vereinfacht, wobei sich gewichtsbedingte Verformungen und Durchbiegungen vermeiden lassen, um
eine Messung mit hoher Genauigkeit zu erreichen.
Ferner wird die Robotereinrichtung 4 nach Maßgabe der Bewegungswegdaten betätigt, die in der Bewegungswegspeichereinrichtung
52 der Roboterbetätigungsbefehlseinheit 3 gespeichert sind, so daß die die Messung
durchführende Person nicht die Teile der Messung und die Schritte bei jedem zu messenden Werkstück wie bei
dem manuell betreibbaren Meßinstrument im Gedächtnis zu behalten braucht, um hierdurch die Möglichkeit von
Fehlbedienungen auszuschalten. Wenn ferner einmal ein Spezialist die Schablonenbetätigung der Robotereinrichtung 4 ausgeführt hat und wenn der so erhaltene Bewegungsweg in der Bewegungswegspeichereinrichtung 52 ge-
BAB CSJG'
speichert ist, dann kann die Arbeitsweise automatisch
durchgeführt werden, so daß der Spezialist von dieser Aufgabe befreit ist, um so eine schnelle Verbreitung
des Instruments zu erreichen.
Ferner ist zur Erregung der Robotereinrichtung 4 nur erforderlich, daß die Datenverarbeitungseinheit 5 den
Schritteinleitungsbefehl SEC der Funktionsbefehlseinrichtung
5 3 der Poboterbetäticungsbefehlseinheit 3
liefert. Kurz gesagt, brauchen nur die Datenverarbeitungseinheit 5 und die Roboterbetätigungsbefehlseinheit
3 miteinander über den Schritteinleitungsbefehl SEC verbunden zu sein, so daß diese Auslegung leicht und
wirtschaftlich selbst dann getroffen werden kann, wenn die Verfahrensweise an ein übliches, manuell betreibbares
dreidimensionales Meßinstrument angepaßt wird.
Ferner reicht es aus, die Robctereinrichtung 4 mit einer
Genauigkeit eines zulässigen Überhubs (= 10 bis 5 mm) des Berührungssignal-Meßfühlers 17 zu positionieren,
so daß nicht die Notwendigkeit besteht, eine hochwertige Robotereinrichtung oder dergleichen zu haben.
Kurz gesagt, ist der Berührungssignal-Meßfühler 17 derart beschaffen und ausgelegt, daß ein Überhub in dem
vorstehend angegebenen Bereich zulässig ist und daß der Berührungssignal-Meßfühler 17 automatisch unter den
freien Bedingungen zu einer vorbestimmten Lage zurückkehrt. Ein solcher, dem Meßinstrument eigener Vorteil
ist selbst dann vorhanden, wenn der Berührungssignal-Meßfühler 17
vorbestimmte Grenzwerte überfährt- und es
tritt kein Meßfehler ohne die Verwendung einer hochwertigen Robotereinrichtung auf, da die Meßdaten in Abhängigkeit von einem Berührungssignal gesammelt werden,
das zum Berührungszeitpunkt erzeugt wird. Diese Tat-
ι Al
sache bringt ferner den Vorteil mit sich/ daß die Passungen
nicht so eng gehandhabt zu werden brauchen.
Zusätzlich braucht die Bewegungseinrichtung 19 auf der Seite des Hauptkörpers des dreidimensionalen Meßinstruments
2 nicht notwendigerweise die vorstehend.beschriebene
und gezeigte Ausbildung zu haben. Diese Bewegungseinrichtung braucht nur den Berührungssignal-Meßfühler
17 rr-it einer relativ leichten Kraft in drei Richtungen
zu bewegen. Ähnlich wie bei der Robotereinrichtung 4 kann ir.an auch irgendeine Einrichtung vorsehen, die die
Bewegungseinrichtung 19 in drei Richtungen bewegen kann.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist
eine Nadel am vorderen Ende der Robotereinrichtung 4 in Eingriff mit einem Abschnitt der Fühlerwelle 18 in
der Nähe des Berührungssignal-Meßfühlers 17. Jedoch kann der Eingriffszustand auch durch den Berührungssignal-Meßfühler
17 oder mit einer beliebigen Position der Fühlerwelle 18 verwirklicht werden. Wenn beispielsweise nach Figur 6 ein Ende des Verbindungsarms 2 9 am
vorderen Ende der Robotereinrichtung 4 in Eingriff mit dem oberen Ende der Fühlerwelle 18 ist, dann liegen die
zugeordneten Arme der Robotereinrichtung 4 nicht gegen das Werkstück 11 an, so daß der effektive Meßbereich
nicht eingeschränkt ist. Bei dieser Auslegung kann die Robotereinrichtung 4 an der Seite des Hauptkörpers des
Meßinstrumens 2 angeordnet werden, so daß der Raum an der Stutze 12 in Längsrichtung konstant gehalten werden
kann.
Die Robotereinrichtung 4 ist vollständig gesondert vom Hauptkörper des dreidimensionalen Meßinstrumens 2 ausgebildet. Wenn jedoch kein schweres Gewicht auf den be-
BAD O
weglichen Teil des Berührungssignal-Meßfühlers 17 einwirkt,
dann kann die Robotereiηrichtung 4 auch fest mit
der Stütze 12 verbunden werden oder sie kann zusätzlich die Aufgabe der Stütze beispielsweise übtrnehiren. Diese
vorstehend beschriebene Auslegung ist dahingehend ;-:weckrräßig,
daß das System als Car.zes hinsichtlich den Abmessungen
v^/Tipakt ausgelegt werden kann.
Die jeweiligen Antriebseinrichtungen für die Fobotereinrichtung
4 brauchen nicht notwendigerweise auf die beim vorstehenden Beispiel angegebenen Motore beschränkt zu
sein, sondern es können auch andere Antriebe, wie hydraulische oder pneumatische beispielsweise zur Anwendung
5 konunen.
Ferner braucht das Detektorelerr;ent nicht notwendigerweise auf einen Berührungssignal-Meßfühler 17 bei dem
zuvor angegebenen Beispiel beschränkt zu sein, sondern es kann auch ein berührungsloser optischer Detektor beispielsweise
verwendet werden.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf ein dreidimensionales Meßinstrument der zuvor
beschriebenen Ausführungsform beschränkt/ sondern die Erfindung kann auch bei einem zweidimensionalen Meßinstrument
angewandt werden.
Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, las-
sen sich alle Schwierigkeiten bei den manuell und automatisch arbeitenden Meßinstrumenten vermeiden und insbesondere werden ein Meßverfahren unter Verwendung des
Koordinaten-Meßinstruments und ein Koordinaten-Meßinstrument angegeben, die eine schnelle und äußerst genaue Messung ermöglichen.
BAD
Claims (13)
- PatentansprücheMeßverfahren mit Hilfe eines Koordinaten-Meßinstruments / das eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen eines Detektorelements in zwei oder drei Richtungen enthält, um dasselbe in Berührung mit einem zu messenden Werkstück zu bringen, das auf einer Stütze aufliegt, mit einem Verschiebungsdetektor zum Ermitteln eines Verschiebungswertes des Detektorelements und einer Datenverarbeitungseinheit zum Verarbeiten eines Ausgangssignals des Verschiebungsdetektors auf eine vorbestimmte Weise, um Abmessungen des Werkstücks oder dergleichen zu bestimmten, g e kennzeichnet durch:ein Bewegungsschrittspeicherverfahren für das Detektorelement, bei dem das Detektoreleinent durch eine Robotereinrichtung unabhängig von einem Hauptkörper des !Meßinstruments über die Bewegungseinrichtung nach Maßgabe eines Meßschrittprogramms bewegt wird, das mehrere in der Datenverarbeitungseinheit vorgegebene Schritte umfaßt, während ein Bewegungsweg der Robotereinrichtung durch eine Roboterbetätigungsbefehlseinheit gespeichert wird,ein Meßdaten-Ermittlungsverfahren zum Betreiben der Robotereinrichtung derart, daß das Detektorelement in Berührung mit dem Werkstück in Abhängigkeit von den Bewegungsdaten ist, die in der Roboterbetätigungsbefehlseinheit gespeichert werden und zwar in Abhängigkeit von einem Schritteinleitungsbefehl des Meßschrittprogramms, wobei gleichzeitig ein Ausgangssignal des Verschiebungsdetektors in der Datenverarbeitungseinheit ermittelt wird, undein Meßwertermittlungsverfahren zum Ermitteln der Abmessung des Werkstücks oder dergleichen auf der Basis der Meßdaten, die man durch das Meßdatenbestimmungsverfahren erhalten hat, welches den Folgeschritteinleitungsbefehl der Roboterbetätigungsbefehlseinheit nach Beendigung der Ermittlung liefert,wobei das Meßdatenbestimmungsverfahren und das Meßdatenermittlungsverfahren wiederholt automatisch bei allen Schritten des MeßSchrittprogramms ausgeführt werden.
- 2. Meßverfahren unter Verwendung eines Koordinaten-Meßinstruments nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsweg der Roboter- einrichtung von den Positionsdaten abgeleitet wird/ die man von den Detektoren zum Ermitteln der Positionen der Robotereinrichtung erhält.
- 3. Meßverfahren unter Verwendung eines Koordinaten-Meßinstruments nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Folgeschritteinleitungsbefehl des Meßschrittprogramms am Ende der Ermittlung einer vorbestimmten Anzahl von Daten abgegeben wird, die sich in der Datenverarbeitungseinheit befinden.
- 4. Meßverfahren unter Verwendung eines Koordinaten-Meßinstruments nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßergebnis, das man in dem Meßwertermittlungsverfahren erhält, als Ausdruck ausgegeben wird.
- 5. Koordinaten-Meßinstrument mit einer Bewegungseinrichtung zum Bewegen eines Detektorelements in zwei oder drei Richtungen, um dasselbe in Berührung mit einem zu messenden Werkstück zu bringen, das auf einer Stütze aufliegt, einem Verschiebungsdetektor zum Ermitteln eines Verschiebungswertes des Detektorelements und mit einer Datenverarbeitungseinheit zum Verarbeiten eines Ausgangssignals von dem Verschiebungsdetektor auf eine vorbestimmte Weise, um Abmessungen des Werkstücks oder dergleichen zu ermitteln, gekennzeichnet durch:eine Robotereinrichtung (4), die mit der Bewegungseinrichtung (19) über einen Verbindungsarm (29) ver-bunden ist und unabhängig vom Hauptkörper des Meßinstruments (2) ausgebildet ist, um das Detektorelement (17) in zwei oder drei Richtungen über die Bewegungseinrichtung (19) zu bewegen, undeine Roboterbetätigungsbefehiseinheit (3), die die Aufgabe hat, einen Bewegungsweg der Robotereinrichtung (4) zu speichern, wenn das Detektorelement (17) nach Maßgabe eines Meß sehr ittprograrons bewegt wird, das eine Mehrzahl von in der Datenverarbeitungseinheit (5) vorgegebener Schritte umfaßt, und die die Aufgabe hat, die Robotereinrichtung (4) nach Maßgabe der gespeicherten Bewegungswegdaten automatisch zu betreiben,wobei die Roboterbetätigungsbefehlseinheit (3) derart beschaffen und ausgelegt ist, daß sie durch einen Wert der Bewegungswegdaten entsprechend dem Schritt in Abhängigkeit von dem Folgeschritteinleitungsbefehl(SEC)betrieben wird, der bei Ermittlung der Abmessungen oder dergleichen durch die Datenverarbeitungseinheit (5) erzeugt wird.
- 6. Koordinaten-Meßinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Robotereinrichtung (4) von der Bewegungseinrichtung (19) lösbar ist und derart beschaffen und ausgelegt ist, daß das Detektorelement (17) in zwei oder drei Richtungen bewegbar ist.
- 7. Koordinaten-Meßinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Robotereinrichtung (4) enthält:eine Welle (21), die an einer Stelle an der Stütze(12) vorgesehen ist/ die den Meßbereich nicht einschränkt,SAD GSlGiNALeinen Block (23), der auf der Welle (21) vertikal beweglich ist,eine linear bewegliche Einrichtung (25), die derart vorgesehen ist, daß sie senkrecht zur Welle (21) bewegbar ist,einen Schwenkarm (28), der schwenkbeweglich an den linear beweglichen Einrichtungen (25) gelagert ist, undeinen Verbindungsarm (29), der den Schwenkarm (28) mit der Bewegungseinrichtung (19) verbindet.
- 8. Koordinaten-Meßinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Robotereinrichtung (4) durch einen Motorantrieb angetrieben ist.
- 9· Koordinaten-Meßinstrument nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Roboterbetätigungsbefehlseinheit (3) enthält:eine Bewegungswegspeichereinrichtung (52) zum Speiehern des Bewegungsweges der Robotereinrichtung (4) , undeine Funktionsbefehlseinheit (53), die die Antriebseinrichtung (51) auf der Basis der gespeicherten Bewegungswegdaten antreibt, wenn ein Schritteinleitungsbefehl fSEC^ von der Datenverarbeitungseinheit (5) geliefert wird.
- 10. Koordinaten-Meßinstrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Roboterbetätigungsbefehlseinheit (3) ferner einen Steuerknüppel (50) zum manuellen Antreiben der Robotereinrichtung (4) enthält.
- 11. Koordinaten-Meßinstrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinrichtung (19) enthält:ein Paar Stützen (14), die derart vorgesehen sind, daß sie in Richtung der Y-Achse bewegbar sind,einen Schlitten (16), der derart vorgesehen ist, daß er in Richtung der X-Achse längs eines Trägers (15) bewegbar ist, der sich über die Stützen (14) erstreckt, undeine Fühlerwelle (18), die im Schlitten (16) derart vorgesehen ist, daß sie in Richtung der Z-Achse bewegbar ist.
- 12. Koordinaten-Meßinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Verbindungsarms (29) fest mit einer Stelle verbunden ist, die relativ nahe zum Detektorelement (17) liegt und vom Träger (15) nach unten sich befindet.
- 13. Koordinaten-Meßinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsbefehlseinheit (53) die Positionsdaten der Bewegungswegspeichereinrichtung (52) mit Positionen der Robotereinrichtung (4) und mit Positionsdaten der Detektoren (41, 42, 43) zur Ermittlung der Positionen der Robotereinrichtung (4) vergleicht und die Robotereinrichtung (4) aufgrund der Differenz zwischen den Werten antreibt.BAD
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